CARACTERÍSTICAS DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICION

Como hemos dicho anteriormente, los instrumentos de medición hacen posible la observación de los fenómenos eléctricos y su cuantificación. Ahora bien, estos instrumentos no son sistemas ideales sino reales, y por lo tanto tienen una serie de limitaciones que debemos tomar en cuenta para poder juzgar si afectan de alguna manera las medidas que estamos realizando, y poder determinar así mismo la veracidad de las anteriores.

Estas son algunas de esas características:

• Exactitud y precisión
• Curva de Calibración
• Zona Muerta
• Histeresis
• Error
• Corrección
• Resolución
• Sensibilidad
• Gama y escala
• Banda de frecuencia
• Linealidad
• Eficiencia
• Veracidad
• Repetibilidad
• Reproducibilidad
• Respuesta estática y dinámica
• Error dinámico
• Tiempo de respuesta
• Tiempo nulo
• Sobre alcance

Exactitud y precisión 

En primer lugar vamos a analizar la diferencia entre los términos precisión y exactitud . En general estas dos palabras son sinónimos, pero en el campo de las mediciones indican dos conceptos completamente diferentes. La exactitud se refiere a que tan cercano esta el valor medido del valor real y la precisión es el grado de concordancia que existe entre los valores medidos

Curva de Calibración

Es una transferencia que relaciona la entrada con la salida. Ejemplo:  Un sensor de temperatura con rango [-100Cº ,100Cº] ofrece una relación de 1mV/Cº, la señal tiene que adaptarse mediante un amplificador de ganancia 50 para un Conversor Analógico/Digital de rango +-5V. La curva de calibración seria la que nos relaciona el rango del termómetro con el rango de entrada del Conversor Analógico/Digital.

Zona muerta

Son aquellas donde la sensibilidad del instrumento es nula lo que hace que no cambie su indicación y señal de salida.

Histeresis

Algunos instrumentos presentan un fenómeno de descompensación que existe cuando se hace una comparación entre la variación de una misma medida tanto a nivel descendente como ascendente, que en realidad debería de tener el mismo recorrido. Se expresa en porcentaje, por ejemplo si un manómetro de 0-100% la presión real es de 18 psig y la lectura en el indicador marca 18.2 psig al ir del cero al 100% de la variable y cuando se encuentra la variable en 18 al desplazarse del cien al 0% el valor indicado es 17.7 la histéresis se calcularía así: (18.2 – 17.7/100 –0) x 100 =+- 0.5 %

Error

La exactitud la medimos en función del error. El error se define como la diferencia entre el valor indicado y el verdadero, el cual está dado por un elemento patrón.

Error absoluto = I - V 

donde

E= Error

I= Valor indicado

V= Valor verdadero

Corrección

La corrección se define como la diferencia entre el valor verdadero y el valor indicado, esto es

C=V-I 

Como podemos observar, la corrección tiene signo opuesto al error. Es conveniente determinar la curva de corrección para cada uno de los instrumentos que utilicemos. Para realizar esto, determinamos la corrección para distintos valores de la escala del mismo, graficamos los puntos obtenidos con respecto a los valores de dicha escala, y unimos los puntos obtenidos con líneas rectas. La curva de corrección de un voltímetro de 50V podría tener la forma presentada en la Fig.

Resolución

Esta característica está relacionada con la precisión. La resolución de un instrumento es el menor incremento de la variable bajo medición que puede ser detectado con certidumbre por dicho instrumento.

Sensibilidad

La sensibilidad es la pendiente de la curva de calibración. Si esta es una recta la sensibilidad es constante y se dice que es el sistema o sensor es lineal.

Gama y Escala

La gama de un instrumento es la diferencia que existe entre el máximo valor que se ve en el indicador y el menor. Y la escala en general te indica el grado de incertidumbre que se tiene sobre la medición del equipo. Es decir que si tienes un equipo con una tensión (voltaje) de 40,5 voltios, pero el voltímetro que utilizas para realizar la lectura tiene una escala que solo discrimina incrementos de 2 voltios en adelante, medirás 40 y no el correcto, aun cuando pude no ser muy importante

Banda de Frecuencias

Los instrumentos pueden estar diseñados para realizar mediciones en régimen continuo (DC), o sobre señales alternas (AC), bien sea en el rango de frecuencias alrededor de 60 Hz, o en cualquier otro rango de frecuencias. Por lo tanto antes de introducir un instrumento en un determinado circuito es necesario conocer la banda de frecuencias en las que opera correctamente.

Linealidad

Por lo general los instrumentos se diseñan de forma que tengan una respuesta lo más lineal posible, es decir, que para un determinado incremento del parámetro que estamos midiendo, el desplazamiento correspondiente del indicador sea siempre el mismo, independientemente de la posición de este.

Eficiencia

La eficiencia de un instrumento se define como la indicación del instrumento dividida por la potencia que absorbe del circuito para poder realizar la medición. Queremos medir el voltaje existente entre los extremos de una resistencia, y para ello vamos a utilizar un multimetro. Ahora bien, para poder realizar la medición, por el multimetro tiene que circular una pequeña cantidad de corriente, y se va a disipar cierta potencia en el instrumento. La relación entre la lectura realizada con el multimetro y la potencia disipada por el mismo es lo que denominamos eficiencia. Cuanto mayor sea la eficiencia de un instrumento menor será su influencia sobre el circuito en el cual se está realizando la medición.

Veracidad

Habitualmente este término corresponde a la caracterización de la exactitud de un equipo de medida como consecuencia de sus errores sistemáticos, por ello, para su evaluación hay que utilizar métodos estadísticos que eliminen los errores aleatorios. La veracidad se suele expresar en términos de sesgos o desviaciones. 

Repetibilidad

Es el grado de concordancia entre los resultados de mediciones sucesivas del mismo mesurando, realizadas bajo las mismas condiciones de medida.

Reproducibilidad

Es el grado de concordancia entre los resultados de mediciones sucesivas del mismo mesurando, realizadas bajo diferentes condiciones de medida. Las medidas pueden realizarse a largo plazo, por personas distintas, con aparatos distintos o en distintos laboratorios.

Fiabilidad

Probabilidad del buen funcionamiento del sistema bajo condiciones operativas especificas tales como presión, temperatura, fricción, velocidad, tensión o forma de una onda eléctrica, nivel de vibraciones.

Ruido

se considera ruido a todas las perturbaciones eléctricas que interfieren sobre las señales transmitidas o procesadas.

También, de una forma general el ruido se asocia con la idea de un sonido molesto, bien por su incoherencia, por su volumen o por ambas cosas a la vez.

Estabilidad

Capacidad de un instrumento de medición para retener su calibración a través de un período prolongado. La estabilidad determina la consistencia de un instrumento a través del tiempo. 

Temperatura de Servicio

Son las temperaturas de trabajo del instrumento. Dependiendo del pais o el lugar donde se viva, los instrumentos varian su temperatura de servicio, ya que no es igual funcionar a una temperatura de 35°C a una temperatura de 8°C.

Vida Util de Servicio

Tiempo minimo especificado durante el cual se aplican las caracteristicas de servicio continuo e intermitente del instrumento sin que se presenten cambios mas alla de tolerancias especificadas

Retraso de Tiempo

Se define como el intervalo de tiempo transcurrido entre un cambio en el proceso y su percepcion por el instrumento de medicion.

Instrumento de acción Directa

Se considera que si la variable que actúa sobre el instrumento aumenta, la respuesta de este deberá aumentar o viceversa.

Instrumento de acción Inversa

Se considera que si la variable que actúa sobre el instrumento disminuye, la respuesta de este deberá aumentar o viceversa.

Trazabilidad

Es el proceso ininterrumpido que se realiza al comparar las mediciones de un instrumento a calibrar con un patrón de medida establecido  como verdadero, a tal fin de que estos sean idénticos.

Patrón de medida

Es una representación física de una unidad de medición. Y tal unidad se realiza con referencia a un patrón físico o fenómeno natural.

Desviación Típica Experimental

Es la dispersión de los datos medidos con respecto al promedio de estos, puede ser interpretada como una medida de incertidumbre.

Normalización

Es todo lo concerniente a la reglamentación que hace que el proceso sea formal y regulado técnicamente.

Norma Técnica

Es un documento aprobado por un organismo reconocido que establece especificaciones técnicas basadas en los resultados de la experiencia y el desarrollo tecnológico, que hay que cumplir en determinados productos, procesos y servicios.

Reglamento Técnico

Son el conjunto de reglas en las cuales se especifica desde el punto de vista técnico los procesos de carácter obligatorio que se deben llevar a cabo.

Respuesta estática y dinámica

Hasta el momento hemos analizado las características de los instrumentos cuando estos están midiendo cantidades estables, o sea, mientras no presentan variaciones bruscas en su magnitud. Por lo tanto a todas estas características mencionadas anteriormente podemos denominarlas estáticas . Ahora bien, puede ocurrir que la cantidad bajo medición sufra una variación en un momento determinado y por lo tanto es necesario que conozcamos el comportamiento dinámico del instrumento cuando sucedan estas variaciones. Para realizar el análisis dinámico del instrumento podemos aplicar un cambio brusco de un estado a otro (la función escalón).

PARÁMETROS DINÁMICOS

Error Momentáneo

Es un retardo de la salida con respecto a la entrada, esto quiere decir un desfase  de tiempo durante el proceso.

NO necesariamente el desfase es de 90°, esto varia según lo que ocurra al momento del proceso. 

Error Dinámico

El error dinámico de un instrumento se define como la diferencia entre la cantidad indicada en un instante de tiempo dado y el verdadero valor del parámetro que se está midiendo. 

Errores Graves

Estos errores son ocasionados por las personas, normalmente al tomar una medida, los valores no son registrados correctamente o también por la mala lectura de los instrumentos. La mayoría de veces no se consultan los manuales de cada instrumento y eso trae como consecuencia el mal uso de este. 

Errores Sistemáticos

Son errores que se repiten constantemente en el transcurso de un experimento y que afectan a los resultados finales siempre en el mismo sentido. Se dividen en:

• Instrumentales:Errores de calibración o errores de cero de los aparatos de medida. Por ejemplo, cuando el muelle de un dinamómetro no marca cero en la posición de reposo.

• Ambientales: Condiciones experimentales no apropiadas. Ocurren cuando se emplean los instrumentos de medida bajo condiciones de trabajo (temperatura, humedad, etc.) diferentes de las recomendadas.

Errores aleatorios

Como su nombre los dice, son errores que ocurren aun así cuando todos los errores sistemáticos han sido tenidos en cuenta y sus causas son desconocidas 

Tiempo de Respuesta

Es el tiempo transcurrido entre la aplicación de una función escalón y el instante en que el instrumento indica un cierto porcentaje (90%, 95% o 99%) del valor final. Para instrumentos con aguja indicadora, el tiempo de respuesta es aquél que tarda la aguja en estabilizarse aparentemente, lo cual ocurre cuando ha llegado a un porcentaje determinado (por ejemplo 1%) de su valor final.

Tiempo Nulo 

Es el tiempo transcurrido desde que se produce el cambio brusco a la entrada del instrumento hasta que él alcanza el 5% del valor final.

Sobrealcance

En los instrumentos con aguja indicadora, la deflexión se produce debido a que se aplica una fuerza a la parte móvil. Dicha parte móvil tiene una masa, por lo que al aplicar la fuerza se origina un momento que puede llevar a la aguja más allá del valor correspondiente al de equilibrio. La diferencia entre el valor máximo y el valor final se denomina sobrealcance. Los dos tipos de respuesta que vimos anteriormente se diferencian porque en el segundo hay sobrealcance mientras que en el primero no. Un sobrealcance elevado es indeseable, pero un valor pequeño del mismo contribuye a disminuir el tiempo requerido para que la aguja alcance el estado estable.